Molecular engineering and Organic Synthesis of Cores and Terminal groups for Hole Transport Material in Perovskite Solar cells

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 스파이로 기반 HTM의 성능개선과 도펀트 의존성, 열적 불안정 문제를 해소하기 위해, 말단기(나프탈렌 π-확장 및 O/S 치환)와 코어(SBF→SFX) 변수를 분리해 설계·합성·특성·소자 성능을 체계적으로 비교한 연구이다. Chapter 1에서는 SBF 코어에 나프탈렌 기반 말단과 OMe/SMe 치환을 도입한 HTM을 합성하고, 말단 치환에 따라 에너지 정렬, 분자 패킹, 필름 형태 및 계면 접촉이 달라지며 특히 SMe 말단 조합이 상대적으로 유리한 성능 경향을 보였다. Chapter 2에서는 Chapter 1의 말단 구조(나프탈렌 π-확장 및 OMe/SMe)를 유지한 채 코어를 SFX로 치환해 “코어 효과”를 분리 평가하며, SFX 코어가 저가 시약 기반의 one-pot 합성으로 합성 단순성·수율·스케일 측면에서 실용적 이점을 갖는다. 광학·전기화학적 관점에서는 스파이로 기반 HTM의 높은 가시광 투명성과 넓은 밴드갭 특성을 유지하면서, SFX 코어 도입 시 페로브스카이트 VB 정렬에 더 유리한 방향으로 HOMO가 조정되는 경향을 제시한다. 열적 관점에서는 SFX 기반 HTM이 전반적으로 유리한 유리전이 및 형태 안정성을 보이며, O/S 치환에 따라 열분해 거동이 달라질 수 있음을 함께 논의한다. 소자 결과에서는 도펀트-프리 조건에서 SFX 기반 HTM이 전류·전압 지표는 경쟁력을 보이지만, 충전 수송 및 계면 접촉 손실이 커서 FF 저하가 두드러지고 일부 조성에서는 Voc 분산이 커지는 양상이 나타난다고 정리한다. 따라서 본 연구는 “말단기 공학(나프탈렌 π-확장, O/S 치환) + 코어 공학(SFX 도입)”이 HTM의 열적·형태적 견고성을 높이는 유효한 분자설계 전략임을 제시한다

목차 (Table of Contents)

• 1.1. Introduction 1
• 1.2. Experimental 7
• 1.2.1. General 7
• 1.2.2. Synthesis 8
• 1.2.3. Solar Cell Fabrication 16
• 1.3. Results And Discussion 17
• 1.3.1. Optical and electrochemical properties 17
• 1.3.2. Thermal Properties 21
• 1.3.3. Photovoltaics Properties 26
• 1.4. Conclusion 32
• References 35
• Chapter 2. A Study of Spiro-Fluorene-Xanthene Core (SFX-Core) Based Hole Transport Materials with Naphthalene π-Extended Terminal Groups and Sulfur/Oxygen Substitution 39
• 2.1. Introduction 39
• 2.2. Experimental 43
• 2.2.1. General 43
• 2.2.2. Synthesis 44
• 2.2.3. Solar Cell Fabrication 48
• 2.3. Results and discussion 49
• 2.3.1. Optical and electrochemical properties 49
• 2.3.2. Thermal properties 53
• 2.3.3. Photovoltaic properties 59
• 2.3.4. Extension to P-I-N Architecture with Pb-Sn Perovskite 65
• 2.4. Conclusion 68
• References 73
• Curriculum Vitae 77
• Abstract 78